中国科学院理论物理前沿重点实验室

理论物理前沿重点实验室属于基础理论类实验室。实验室定位为：依托理论物理研究所，面向科学前沿，面向国家大科学工程，坚持“开放、流动、竞争、联合”，联合全国理论物理学工作者，凝炼并研究理论物理最基本的核心问题，促进交叉学科发展，为国家大科学工程提供引领，积极推进“科教融合”，培养创新型人才，成为国内外同行广泛认同、具有国际一流水平的“基础研究中心、人才培养基地、学术交流平台”。

研究方向

理论物理前沿重点实验室将主要围绕以下四个方向开展研究。

1、粒子物理与粒子天体物理及核物理

粒子物理新物理与强相互作用物理基本问题的研究：针对粒子物理标准模型所存在的问题，围绕大型强子对撞机(LHC)实验，拓展标准模型。通过深入研究各种理论模型，包括超弦唯象理论、超对称大统一模型、超对称标准模型、双黑格斯二重态模型、左右对称模型等，推动在LHC和其它实验检验这些模型。同时，发展和提出能解释新实验结果的新模型、新理论，以解决粒子物理学相关的基本问题。密切结合国内外大型科学装置，开展强相互作用和强子、原子核等层次的物质结构及相关基本问题研究。

暗物质本质、重子物质起源的研究：在暗物质的模型构造、暗物质的起源及演化、暗物质与重子物质的相互作用、暗物质的实验探测等方面展开研究。另外，还将开展各种新物理模型中的电弱相变、宇称-电荷共轭联合对称性破缺、由轻子数破坏导致的重子数产生等相关方面的研究，解释宇宙中物质与反物质的起源。

2、弦论、引力理论与宇宙学

早期宇宙暴胀模型和暗能量性质的研究：着重于早期暴胀模型的构造，探索原初曲率扰动的产生机制，特别是曲率扰动分布的非高斯性；充分利用最新天文观测数据，研究暗能量状态参数对参数化的相关性和特征性质，给出更合理和自洽的暗能量状态方程，建立暗能量唯象模型，区分暗能量模型和修改的引力模型，从基本自洽引力理论出发，理解暗能量的起源及其本质。

引力理论与共形场论相关基本物理问题的研究：研究引力的本质、量子引力理论、引力理论和热力学及流体力学的关系，开展利用引力的全息性质在低能量子色动力学和凝聚态物理中的应用研究。利用AdS/CFT对偶性研究低能色动力学的性质，如手征相变、禁闭相变、色超导和夸克胶子等离子体等的性质，以及凝聚态物理中的一些现象，如高温超导、霍尔效应、KT相变、奇异金属、费米液体、非费米液体、拓扑绝缘体、冷原子体系等，期望在高温超导的机制和拓扑物态的理论等方面及相关低能量子色动力学的性质研究中取得突破性进展。

3、统计物理与理论生物物理

生命科学启发的若干理论问题：结合解析求解、计算机分子动力学模拟、统计数据挖掘等多种理论研究方法研究实际生物体系的作用机制，同时发展相关研究方法。开展分子机器的机理研究，包括生物膜自组装、酶分子机器的动力学、嵌膜分子机器(离子泵、线粒体能量分子工厂)及神经冲动、肌肉及细胞运动等。针对动物迁徙中神经系统对弱磁场方向识别的量子敏感性问题，研究自由基反应的量子物理问题，从而把化学动力学、光化学、磁共振和自由基化学物理等方面的研究综合起来，实现交叉领域的新突破。

复杂系统与统计物理基本问题：研究复杂系统和有限系统的相变与临界现象以及统计物理在社会学中的应用；研究自旋玻璃和玻璃动力学过程统计物理理论及其在交叉学科中的应用；采用理论和计算机模拟相结合，研究随机组合优化问题中的相变现象、随机搜索算法和基于统计物理理论的信息传递算法、神经网络中的分布式学习机制等。

4、凝聚态物理与量子物理

在凝聚态物理系统中实现拓扑量子计算的理论研究：运用密度矩阵重正化群或严格对角化技术，检验非幺正符合费米子场论方法得到p波配对平均场基态波函数和准粒子波函数，建立偶数分数量子霍尔边缘态的微观理论。结合分数量子霍尔系统计算二维奇异拓扑激发，发展可靠的计算方法来研究无序对拓扑态的影响。对于拓扑量子计算，将考虑在二维量子反常霍尔效应系统中通过超导体的接触效应来诱导非阿贝尔任意子。开展高温超导机理和量子相变的理论探索，加强对铜氧化物超导体和铁基超导体中的反铁磁性涨落、磁激发及其对超导电子配对的影响、磁激发与声子之间的耦合作用及其对超导性质影响的定量研究。

量子物理/原子、分子和光物理基本问题研究：研究与量子测量密切联系的微观系统量子控制问题。在量子层次研究热力学循环和量子热机，联系普适量子计算物理极限。在信息科学方面，探索如何把各种量子系统相干地耦合起来，形成相干接口，在量子态层面上完成不同类型能量、信息的传输和交换。研究人工光合作用机制，并由此设计具有高效光电转换仿生功能的固体人工器件。研究光场量子特性对光合作用的影响，针对考虑相干光诱导相干的Frenkel激发，探索提高光能电能转换的新途径。开展基于冷原子/分子体系的量子模拟，研究在柱对称势阱中的偶极旋量BEC的量子磁性和宏观磁矩隧穿、双阱中偶极BEC的碎裂态以及宏观量子叠加态、利用光晶格中的偶极量子气体模拟各种量子自旋系统及其量子态的传输。开展与固态系统的量子光学与光力系统相关的研究。探索单原子或负离子光电过程的基本规律，包括外电磁场或微结构对原子或负离子光吸收过程的影响即回归谱的研究，各种微腔对原子自发辐射过程的影响研究以及双中心体系光电过程的量子干涉问题研究。